PROPULSÃO ELÉTRICA PARA

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1 PROPULSÃO ELÉTRICA PARA AVIAÇÃO GERAL 1 Prof. José Eduardo Mautone Barros UFMG / Te.Co.S. Mestre em Propulsão e Energia (ITA) em 1993 Doutor em Motores e Energia (UFMG) em 2003 Prof. de Propulsão no Curso de Engenharia Aeroespacial da UFMG INPE, CTA/IAE, AVIBRAS, ENGEMISSIL, ORBITA, MECTRON

2 O PORQUE DA PROPULSÃO ELÉTRICA! 2

3 HISTÓRICO Os Irmãos Tissandier construiram o primeiro dirigível com propulsão elétrica em 8 de outubro de Usaram um motor elétrico SIEMENS 3

4 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) Fred MILITKY MB-E1 (1972) Primeiro avião tripulado a voar somente com motor elétrico Motor: Bosch KM77 Potência: 10 kw Bateria: Ni-Cd Tempo de Voo: 12 min 4

5 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) SUNSEEKER (1990) Primeiro avião movido a energia solar a cruzar os EUA Potência: 25 kw 5

6 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) LANGE ANTARES GLIDER (2003) Primeira aeronave movida a motor elétrico, homologada pelos órgãos reguladores Motor de corrente contínua (CC), sem escovas Dois pacotes de baterias fixados nas asas, divididos em72 células Motor: Lange EM42 Potência: 42 kw Bateria: Íons de lítio Tempo de Voo: 13 min. 6

7 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) BOEING FCD PROJECT (2008) Motor elétrico adaptado a aeronave Diamond HK-36 Energia proveniente tanto das baterias quanto de células de combustível Potência: 45 kw Bateria: Íons de lítio Tempo de Voo: 20 min. 7

8 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) E-SPIDER (2009) Bateria: Dois pacotes de Lítio- Polímero de 13 kg cada Motor: Yuneec Power Drive (China) Potência: 20 kw Tempo de voo: 40 min. Preço US$25,000 8

9 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) E-SPIDER (2009) 9

10 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) AIRBUS E-FAN (2014) 10

11 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) AIRBUS E-FAN (2014) 11

12 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) SOLAR IMPULSE (2015) Aeronave movida a energia solar que pretende dar a volta ao mundo, recarregando suas baterias pelos painéis solares Peso das baterias: 633 kg Potência: 52 kw Bateria: Íons de lítio Tempo de Voo: 117 horas 12

13 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) SORA-e (2015) Aeronave SORA projetada na UFMG Primeiro avião elétrico do hemisfério sul Peso das baterias: 120kg (mesmo peso do motor Lycoming utilizado originalmente) Motor: 2x Enrax 208 Potência: 70 kw Bateria: Íons de lítio Tempo de Voo: 45 min. 13

14 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) SORA-e (2015) Dois motores CC brushless 14

15 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) SORA-e (2015) Baterias Lítio-ion prismáticas 15

16 HISTÓRICO (AVIAÇÃO GERAL) LEAPTECH NASA (2015) Leading Edge Asynchronous Propeller Technology Visa o estudo de maior eficiência aerodinâmica Propulsão elétrica distribuída (DEP) Usa 20 motores elétricos acoplados a asa 16

17 MOTORES ELÉTRICOS Brushless motor Tipo corrente contínua (CC ) sem escovas Rotor de imãs permanentes Outrunner 17

18 MOTORES ELÉTRICOS o Exige controle de carga e rotação por microcontrolador o Exige resfriamento a água o Componentes: 18

19 MOTOR ELÉTRICO Motor Siemens (2015) Tipo: motor elétrico DC sem escovas (brushless) Resfriado a óleo de silicone Potência: 260 kw 19

20 BATERIAS A tecnologia atual de baterias é a de Lítio-ion e semelhantes As células de baterias são agrupamentos de unidades de pilhas de formatos: Prismático Cilíndrico 20

21 BATERIAS DENSIDADE DE ENERGIA 21

22 BATERIAS - EVOLUÇÃO 22

23 BATERIAS EVOLUÇÃO 23

24 BATERIAS - AVANÇADO Uso de baterias pintadas por spray na superfície da aeronave, no lugar do recobrimento de acabamento (gel coat) Leva a redução de peso total das baterias 24

25 BATERIAS SEGURANÇA Incêndio e Explosão 25

26 BATERIAS - SEGURANÇA Uso de sistema de armazenagem de emergência Baterias térmicas (militares) Supercapacitores 26

27 CÉLULA SOLAR Recarga em voo e em solo Uso de células solares orgânicas no acabamento externo da aeronave 27

28 RECUPERAÇÃO DE ENERGIA Aplicar o mesmo princípio para o avião elétrico Estimativa de 5% de recuperação da energia potencial 28

29 RECUPERAÇÃO DE ENERGIA A recuperação de energia na descida é usada para acionar geradores de emergência (RAM generators) em vários jatos da EMBRAER (executivos e regionais). 29

30 HÉLICES Passo fixo Passo variável Integração do motor ao cubo da hélice (hub motor) Hélices contra-rotativas Dois motores Redundância Maior eficiência Fan contra-rotativo Reduz ruído Melhor integração com a aerodinâmica da aeronave 30

31 SISTEMA PROPULSIVO Controle de Velocidade Constante Exige hélice de passo variável Controle de Razão de Avanço Constante Motor de torque ajustável independente da rotação Usa hélice de passo fixo Redução de até 20% no consumo de energia na decolagem, manobras e pouso 31

32 PERSPECTIVAS BRASIL Grande potencial de crescimento na categoria de aeronaves ultraleves e aeronaves experimentais (5.158 unidades registradas até 2016) 32

33 REFERÊNCIAS HEPPERLE, M., Electric Flight Potential and Limitations. Braunschweig: DLR, p. 33

34 34 OBRIGADO Prof. José Eduardo Mautone Barros (55 31)